费托合成反应器管口方位设计探析

2022-11-15赵辽华华陆工程科技有限责任公司西安710065

化工设计 2022年5期

关键词：凝液人孔管口

赵辽华华陆工程科技有限责任公司西安 710065

1 费托合成简述

费托合成（Fischer-Tropsch Process），又称F-T合成，是以合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）为原料在催化剂和适当条件下合成以液态的烃或碳氢化合物（HydroCarbon）的工艺过程。高温费托反应基本流程见图1。

图1 高温费托反应基本流程

在煤间接液化（煤制油）过程中，一定H/C比例的合成气与循环气混合后，经压缩机加压及进料预热器加热到一定温度后，进入费托合成反应器，在催化剂的作用下部分转化为烃类物质。

合成反应为强放热反应，反应热通过反应器内移热装置以产生蒸汽的方式移走，反应器的温度通过控制汽包的压力来进行调节。

反应器出口气体，在激冷塔内进行冷却，生成的冷凝液体作为高温冷凝物产品闪蒸后送至产品储槽。

激冷塔的塔顶气体，经冷却后进入高压分离器进行油相、水相和气相的分离。油相为低温冷凝物，送入低温冷凝物储槽；水相为反应水，送至反应水精馏塔进一步处理，反应水中含有的醇、醛等含氧化合物从塔顶采出，高压分离器顶部排出的气体一部分为循环气返回反应器，另一部分为弛放气送出装置界区。

2 合成反应器简述

合成反应器基本流程图见图2。

图2 合成反应器基本流程

合成反应器采用固定流化床形式，主体材料为14Cr1MoR。合成气通过反应器底部进入，经过气体分布器，在催化剂的作用下，转化为烃类物质。

合成反应为强烈放热反应，剧烈的放热会导致设备内部温度过高，因此，需要通过移热装置来将大量的热量移除。通过在反应器内布置八组冷管来达到冷却的目的，冷却介质为锅炉水，经过换热后锅炉水变为中压蒸汽。

在反应器上部设置四组旋风分离器，将合成气催化剂粉尘过滤掉，尽量使粉尘不被带出设备。

旋风分离器上吹扫口较多，将设备布置在框架中心，有两个好处：第一，减少塔上的平台及贴板数量；第二，方便配管及后期施工。

3 管口方位的确定

反应器总高约35000mm，管口共156 个，其中温度计口50 个，压力表口7 个，差压计口14 个，锅炉水进口8 个，蒸汽出口8 个，物位计20 个，仪表吹扫口12 个。

分三部分来考虑管口方位：第一部分为气固分离段；第二部分为冷管段；第三部分为反应器进料段。

3.1 气固分离段

3.1.1 旋风分离器的方位

对于内部有较多部件的设备，首先需要确定其内件的方位，即根据其相关的管口的配管来确定。

由于旋风分离器上吹扫口较多，且每个吹扫口均有阀组，因此，需要根据其配管的情况来确定旋风分离器的方位。将旋风分离器的方位分为居中均布和跨中均布，见图3。

图3 旋风分离器及吹扫阀组布置

图3 左侧方案配管区域会占据框架大部分位置，人孔M4 的方位检修也不方便。右侧方案的管道配管可以使吹扫口配管只占框架的南北两侧，这样人孔也方便检修，因此，旋风分离器选用跨中均布，相应的吹扫口位置也就确定了。

3.1.2 人孔的方位

一般情况下在进行方案确定时，应该将设备周围分为配管区和操作区，其中配管区指工艺管道及公用工程管道的布置区域，操作区即人孔区域，此区域在设置时需要考虑方便检修。

在布置人孔时，应当尽量将其放置于一条直线上。一般靠近厂区主干道一侧，或位于靠近于无障碍的一侧，这样布置的好处有两点：①方便吊车、运输车辆等工具在设备检修、更换内件时有足够的作业空间。检修时从设备内部拆卸的塔盘或其他内件可以从人孔中抽出，内件或催化剂在此处方便装车；②道路的相对一侧一般为框架或管廊，这一侧为配管侧，使配管可以达到简洁，美观，视觉统一的效果。

当人孔较高而不方便靠近时，一般需要设置操作平台，平台高度距离人孔中心600～1000mm 之间，最宜高度为750mm，平台宽度一般为1200mm。设置时需要注意以下问题：①当设备直径小于2000mm 时，而上面又有操作平台时，需要考虑吊柱是否可以伸出至平台外，一般情况下，设备专业设置的吊柱长度为设备直径的0.7 倍；②人孔开启的方向一定是跟逃生方向相反，否则事故时且人孔开启，会阻碍人员的撤离。

对于填料塔的人孔布置，一般并无特别要求，有的人孔会位于填料段上方的分配管的上面，用于检修分配管，此时需要注意进料管的形式和方位，如果进料是T 型分配管，则此处人孔需要跟进料管成180°对称布置，如果进料管进入设备内部后直接接分配盘，则其只要跟人孔不碰撞就行。

此反应器气固分离段，共有3 个人孔，主要用于检修旋风分离器。设备内部设置了直爬梯，连接三个人孔，所以，这三个人孔需要在一个方位。其次，人孔需要跟旋风分离器岔开45°布置，来保证人在内部操作的空间。人孔及旋风分离器管口方位见图4。

图4 人孔及旋风分离器管口方位

3.1.3 顶部管口及仪表口

反应器顶部管口（N2）见图5。

图5 反应器顶部管口

弯头N2 口上有拆卸法兰。对于此框架来说，其出料口管道需要在框架南侧，因此，N2 位置就是180°。

压力表口尽可能均布，但由于其中一组压力表P6b 需要进入集气室，必须与旋风分离器出口进集气室的管子避开，因此，无法保证压力表完全均布。

对于温度计这类有内伸管的管口，需要注意是否会与内件碰撞。由于旋风反应器上部会有管道进入集气室，要尽量与旋风岔开角度布置。但由于顶部管口较多，无法岔开角度，经过模拟，T50 口的温度计内伸不会跟内件相碰，因此，顶部管口布置见图6。

图6 反应器气固分离段管口方位

3.2 冷管段

3.2.1 冷管的管口方位

在确定一些设备冷却水管口的方位时，需要注意设备内部折流板的位置，例如立式换热器，需要注意折流板个数是奇数还是偶数，当折流板为偶数时，进水口跟出水口需要尽量成180 度布置；当折流板的为奇数时，进水口跟出水口需要尽量在同一侧布置，见图7。否则对于换热器本体的换热效率有影响。

图7 冷管进出管口

3.2.2 人孔的方位

此部分只有一个人孔，位于冷管段上方，与汽水混合物出口（冷管出口，介质为中压蒸汽）高差仅有500mm，见图8。因此，人孔尽量与冷管出口管夹角45°方位布置。

图8 M3 及冷管出口管口方位

3.3 反应器进料段

3.3.1 进料口的方位

反应器的进料口若为多个管口的时候，一般都需要对称布置，否则会造成流体偏流。对于此反应器而言，进料口后分别接了分布器。因此，进料口必须对称布置。见图9。

图9 进料口内件详图

3.3.2 人孔的方位

M2 口位于固定流化床上方，冷管下方，与温度计口T4～T7 仅有400mm 的高差。温度计口尽可能均布以反映出各个位置的温度，也为了防止设备内部发生偏流导致温度计读数不准确。因此，人孔也需要跟温度计口成45°夹角布置，见图10。

图10 M2 及T2～T5 管口方位图

M1 孔位于塔釜段，用于检修合成气进口分布器，与进气口N1a/N1b 高差600mm，如果可能的话，人孔尽可能跟进料口成90 度夹角布置，见图11。

图11 M1 及进料口管口方位图

3.3.3 外盘管蒸汽及凝液管口方位

外盘管一般将蒸汽口放在一个方位，凝液口放在一个方位，这样蒸汽管可以配在一个角度上。当管口很多的时候可以方便配管，两个管口之间要根据设备要求。有时要求同一高度的蒸汽口和凝液管口需要有一定的角度，有时两个管口之间有一定距离的要求。

当设备为夹套设备，需要注意设备夹套的蒸汽进口跟凝液出口需要保证180°，否则内部蒸汽可能会发生偏流而导致设备受热不均匀。

凝液管口配管，之前考虑过将凝液出口之间岔开角度布置，这样凝液口往下走的时候就可以省一个弯头，但后来发现会有两个问题：①如果凝液口旋转，那么相同高度的蒸汽口也得旋转，否则会导致两个口之间的部分没有伴热，对于伴热段少的设备此部分影响较小，若设备伴热口多，若凝液口旋转而蒸汽口不同时旋转，则会有一定影响；②如果凝液口旋转，向下的管道会成一个弧形，除非每个管道增加一段长度来将管道伸长至同一个平面，否则设备支架不好做。

此设备共有三组伴热，位于塔釜位置，设备要求同一高度的蒸汽口跟凝液口有240mm 的间距要求。伴热凝液管口侧面见图12，伴热凝液管口间距要求见图13。